“綠色”鋼軌輥道輸送機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

郭魯寧，郭晉龍，蔡莊厚，趙子龍

（呼和浩特鐵路局 焊軌段，呼和浩特 010051）

穩(wěn)定可靠的鋼軌輥道輸送系統(tǒng)是焊軌基地正常運(yùn)行的前提條件，也是建設(shè)綠色鐵路的安全基石。國內(nèi)既有鋼軌焊接企業(yè)的焊接流水線，是以25m鋼軌布局的500 m長鋼軌焊接生產(chǎn)線，已無法滿足鐵路建設(shè)發(fā)展要求。全路新改擴(kuò)建11個(gè)長鋼軌焊接基地，最新標(biāo)準(zhǔn)的焊接鋼軌輥道傳輸速度要大于或等于60 m/min，工位與工位之間為100 m布局的500 m長鋼軌焊接基地。而穩(wěn)定可靠的鋼軌傳動(dòng)系統(tǒng)是焊軌基地正常運(yùn)行的必備條件。

1 研發(fā)背景

國內(nèi)同行企業(yè)鋼軌輸送裝置現(xiàn)況：國內(nèi)既有長鋼軌焊接流水線均采用上世紀(jì)70、80年代的鋼軌輸送方式，這種輸送方式的特點(diǎn)是，采用多臺(tái)減速機(jī)安裝在焊接生產(chǎn)傳輸線上，驅(qū)動(dòng)輥與鋼軌軌底產(chǎn)生摩擦驅(qū)動(dòng)，將焊接后的長鋼軌以25 m/min速度，輸送到后面的5個(gè)25 m的加工工位，加工后500米鋼軌成品輸送到長軌條成品臺(tái)等待裝車出廠。這種結(jié)構(gòu)始終存在著高能耗，傳輸速度慢的問題。

國外鋼軌焊接行業(yè)鋼軌輸送裝置現(xiàn)況：近年來，國外采用的方法是在焊接生產(chǎn)傳輸線上被輸送的鋼軌下部安裝有主動(dòng)輪，鋼軌上部裝有可移動(dòng)的從動(dòng)輪，通過氣壓或液壓使從動(dòng)輪壓在鋼軌頂部，增加輸送機(jī)輥輪與鋼軌的摩擦力來實(shí)現(xiàn)焊接鋼軌輸送的。當(dāng)焊接后的鋼軌需要吊離輥道線時(shí)，壓在鋼軌上部的從動(dòng)輪必須移開，讓出鋼軌起吊空間，鋼軌才能從輸送機(jī)上吊走。放至在成品存放臺(tái)。此結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且體積大，減少了500 m長軌存放臺(tái)存放鋼軌的面積，在500 m長軌存放臺(tái)區(qū)間使用有較大的缺陷，很難適應(yīng)集中控制群吊吊裝作業(yè)，難以在我國推廣使用。

2 原理及性能

我段研發(fā)的鋼軌輥道輸送機(jī)調(diào)速設(shè)備及控制系統(tǒng)克服了國內(nèi)外長鋼軌吊裝時(shí)存在的問題，充分滿足了500 m長鋼軌存放臺(tái)的吊運(yùn)要求，最高走行速度可達(dá)到77 m/min。

鋼軌輥道輸送系統(tǒng)由鋼軌輥道輸送機(jī)及其電氣控制系統(tǒng)2部分組成：

（1）機(jī)械部分技術(shù)原理：鋼軌輥道輸送機(jī)機(jī)械部分有電機(jī)、減速器、開合驅(qū)動(dòng)立輥箱，其特征是：電機(jī)、減速器、開合驅(qū)動(dòng)立輥箱3者彼此通過齒輪嚙合作用，將動(dòng)力傳至開合驅(qū)動(dòng)立輥箱內(nèi)2位置固定的傳動(dòng)軸，2位置固定的傳動(dòng)軸又分別通過各自的一組齒輪把動(dòng)力傳至夾持鋼軌軌腰驅(qū)動(dòng)立輥。當(dāng)需要輸送鋼軌時(shí)，油缸活塞桿推動(dòng)2對(duì)驅(qū)動(dòng)立輥主軸箱在液壓力的作用下合并夾持住鋼軌軌腰，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪傳動(dòng)鏈?zhǔn)姑總€(gè)驅(qū)動(dòng)立輥轉(zhuǎn)動(dòng)，靠摩擦力使鋼軌沿著輥道線走行輸送。當(dāng)長鋼軌完全被輸送到500 m長軌存放臺(tái)需要吊離時(shí)，4個(gè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力輥在液壓力的作用下打開，鋼軌可以從輸送機(jī)上吊離輥道線。

（2）電氣部分技術(shù)原理：電氣控制系統(tǒng)主要由：紅外光電傳感器、紅外溫度傳感器、接近開關(guān)、可編程控制器、變頻器、繼電器等組成，在送軌機(jī)上裝有紅外溫度傳感器和紅外光電傳感器、生產(chǎn)線的各工位上安裝了鋼軌運(yùn)行位置檢測傳感器和工作狀態(tài)檢測以及工作結(jié)束操作按扭。焊接生產(chǎn)線的工作狀態(tài)通過各工作位置操作面板與總控制柜連接，根據(jù)鋼軌走行位置和工作狀態(tài)檢測信息輸送到可編程控制器，并向鋼軌焊接工位發(fā)送開啟和鎖閉生產(chǎn)線的鋼軌運(yùn)行信號(hào)。電氣控制框圖如圖1。

圖1 電氣控制框圖

鋼軌焊接機(jī)開始焊接同時(shí)向PLC發(fā)送信號(hào)鎖閉整條輥道線，后續(xù)各工位開始進(jìn)行工作，工作時(shí)間理論上小于焊接時(shí)間，每個(gè)工位操作完成后向聯(lián)鎖控制柜發(fā)送開啟輥道請(qǐng)求指令，焊接機(jī)完成焊接程序后自動(dòng)解除輥道鎖閉，并啟動(dòng)輥道輸送，若后續(xù)任一工位出現(xiàn)異常時(shí)，鎖閉按鈕常開，整條輥道線處于停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)鋼軌焊縫運(yùn)行至送軌機(jī)1位置時(shí)，焊縫紅外溫度檢測控制模塊檢測到鋼軌的表面溫度大于設(shè)定最低溫度值時(shí)，確認(rèn)焊縫位置發(fā)出指令，輥道夾持滾輪自動(dòng)張開，避免焊縫受滾輪擠壓造成殘?jiān)鼔喝牒缚p，讓開焊縫后滾輪再次合攏輸送鋼軌，隨著鋼軌焊接長度的增加，長鋼軌光電位置檢測控制器檢測到鋼軌運(yùn)行到送軌機(jī)B位置時(shí)自動(dòng)解除送軌機(jī)1，送軌機(jī)2開始繼續(xù)輸送工作，直至完成至下一送軌機(jī)處，以此類推保證各個(gè)輸送機(jī)處于連續(xù)接力輸送工作狀態(tài)，直至把鋼軌送到指定位置，經(jīng)測試光電檢測器安裝位置間隔約100 m。

（3）新研發(fā)生產(chǎn)線鋼軌輸送的通訊控制：新改擴(kuò)建的百米焊接軌生產(chǎn)線輥道輸送速度≥60 m/min，每個(gè)工位之間的距離為100 m，并有墻壁阻擋焊接操作人員的視線，為此我們把百米焊接軌生產(chǎn)線工位狀態(tài)檢測與鋼軌輥道走行系統(tǒng)相結(jié)合，在后續(xù)每個(gè)工位的入口處安裝紅外傳感器，利用PLC控制，把焊接生產(chǎn)線的打磨工位、雙頻正火工位、焊縫矯直工位的工作結(jié)束由本崗位操作人員確認(rèn)后反饋到鋼軌焊接工位，鋼軌焊接工位安裝了工位顯示，并通過PLC對(duì)鋼軌焊接機(jī)焊接步驟進(jìn)行檢測，鎖閉了鋼軌輥道傳輸線，只有各工位的工作全部結(jié)束后控制系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)解鎖，啟動(dòng)高速輥道傳輸設(shè)備。這樣可以避免誤操作使焊接鋼軌傳輸時(shí)后續(xù)工位正在工作造成對(duì)設(shè)備和人身事故，確保了正火工位的正火和噴風(fēng)冷卻時(shí)間，從而提高了焊接軌的產(chǎn)品質(zhì)量。

3 設(shè)備創(chuàng)新節(jié)能性的應(yīng)用

3.1 “綠色”鋼軌輥道輸送機(jī)結(jié)構(gòu)精巧、占地面積少

原有輥道傳送方式成本高，維護(hù)困難，可靠性差，綠色”鋼軌輥道輸送機(jī)具有技術(shù)成熟，性能可靠，安全穩(wěn)定，維護(hù)成本低，占地空間小的特點(diǎn)。

新型鋼軌輥道輸送機(jī)克服了驅(qū)動(dòng)輥夾持鋼軌頭部和軌底輸送機(jī)鋼軌難于從輸送機(jī)吊離的缺陷，不僅能很好滿足500 m長軌存放臺(tái)的吊運(yùn)要求，而且結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、剛性大。輸送機(jī)寬度僅為鋼軌軌底寬度加2個(gè)驅(qū)動(dòng)輥輪直徑，寬度比國外輸送機(jī)寬度大大減小，輸送機(jī)寬度略大于輥道線寬度對(duì)長軌存放臺(tái)存軌面積毫無影響，同時(shí)夾持軌腰的2對(duì)驅(qū)動(dòng)輪打開后，驅(qū)動(dòng)輪上部沒有零部件，對(duì)鋼軌吊運(yùn)極為方便。

3.2 “綠色”鋼軌輥道輸送機(jī)節(jié)能、降噪

由于在每一相鄰工位安裝紅外傳感器機(jī)可編程控制器，整條生產(chǎn)線統(tǒng)一控制，輥道輸送系統(tǒng)具有鎖定功能，只有當(dāng)所有工位工作結(jié)束，控制系統(tǒng)才可自動(dòng)解鎖，啟動(dòng)輥道傳輸設(shè)備，下道工序才可進(jìn)行工作，提高了整套系統(tǒng)的安全性。與原有技術(shù)相比較，減少了很多動(dòng)力輥的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在啟動(dòng)時(shí)降低了動(dòng)力輥與鋼軌的摩擦噪音。

“綠色”鋼軌輥道輸送機(jī)是4個(gè)驅(qū)動(dòng)立輥同時(shí)驅(qū)動(dòng)，輸送500 m長鋼軌比國外引進(jìn)的鋼軌輸送機(jī)電機(jī)功率減少約1/2（國外同類型鋼軌輸送電機(jī)為30 KW），驅(qū)動(dòng)500 m長鋼軌走行能夠達(dá)到高速運(yùn)行，無功損耗小。

鋼軌輸送機(jī)的單條生產(chǎn)線需要安裝7臺(tái)，總功率為105 KW，采用的是“接力”傳輸方式，實(shí)際每根長軌條只需要1 5KW功率就滿足傳輸要求，每根焊接鋼軌傳送時(shí)間為30 min，用電量為7.5 kwh，一天輸送22根長鋼軌條,用電量為165 kwh，年用電量為49 500 kwh，與原有生產(chǎn)線的鋼軌輸送模式相比較，單條生產(chǎn)線與25 m生產(chǎn)方式比較每年節(jié)能222 750 kwh。

4 結(jié)束語

“綠色”鋼軌輥道輸送機(jī)設(shè)施先進(jìn)，布局合理，機(jī)械化程度高，具有結(jié)構(gòu)精巧，占地面積少，節(jié)電能力強(qiáng)，生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)代化焊軌生產(chǎn)線要求。

[1] 周清躍，張銀花，陳朝陽. 鋼軌生產(chǎn)和使用技術(shù)的新進(jìn)展[D]. 北京：鐵道科學(xué)技術(shù)新進(jìn)展—鐵道科學(xué)研究院五十五周年論文集，2005.

[2]雷曉燕. 鋼軌打磨原理及其應(yīng)用[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)，2000，（1）.

[3] 宋伯生.可編程序控制器[M]. 北京：中國勞動(dòng)出版社，1993.